705-510A-110/7MA-A110-085导波雷达液位计质量好的
摘 要: 液位测量是核电站自动控制系统中的重要组成部分。导波雷达液位计基于电磁波时域反射( TDＲ) 原理，具有受环境影响小、测量精度高等特点。导波雷达液位计作为一种新型的液位测量手段，已经在核电领域有了广泛的应用，但是在其应用过程中也遇到了一定的问题。针对福清核电汽水分离再热系统疏水箱液位计频繁出现的支撑件破碎、密封失效以及蒸汽补偿漂移等问题，进行了原因分析并给出了解决措施。通过对导波雷达液位计的改造，使得导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统中得到了应用，提高了汽水分离再热疏水液位测量的性，保障了机组运行。该研究对推动导波雷达液位计在蒸汽系统中应用提供有力支持，对导波雷达这种新型液位计未来在更多测量环境中的应用起到了积作用。wfP压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
引言
导波雷达液位计作为一种新兴的液位测量仪表，克服了传统仪表的不足，在核电厂的应用逐渐增多。但导波雷达液位计在高温高压蒸汽系统使用时，还存在一些不足，导致系统液位测量失真［1］。汽水分离再热系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，主要应用于汽轮机运行期间，通过控制进入二级再
热管束的蒸汽量，对高压缸排气进行和再热，使进入低压缸的蒸汽有一定的过热度。其应用改善了汽轮机低压缸的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率，减少了湿蒸汽对汽轮机零部件的刷蚀。在福清 1 ～ 4 号机组调试及运行期间，汽水分离再热系统二级疏水箱液位计多次出现故障，如液位计探杆泄漏、测量失效等。针对二级疏水箱液位计问题，采用新型测量方案，对汽水分析再热系统二级疏水液位测量作优化改进。
1 导波雷达物位计测量原理及特点
( 1) 导波雷达液位计的工作原理。
导波雷达液位计基于电磁波时域反射原理［2］，由电磁波发生器发射一个电磁脉冲信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输载体。当遇到被测介质表面时，部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回脉冲发射装置。发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，测量发射与反射脉冲［3］。导波雷达液位计测量原理如图 1 所示。
导波雷达液位计测量原理图
( 2) 导波雷达液位计的测量特点。
①电磁波信号沿导波杆传输可消除假回波信号，减少信号丢失。
②整个测量装置无活动部件，无机械磨损。
③安装调试方便。
④不受介质 密度变 化 的 影 响 ( 但 是 需 要 单 一 介质) 。
⑤使用与高温、高压的物位测量。
2 现有设计缺陷导致测量不稳定的原因分析
核电厂二回路液位控制是核电厂重要的控制系统之一，其测量环境需考虑真空、高温、泡沫等多方面因素。传统液位仪表因其固有原理，无法通过自身技术的改进来消除误差。故本文采用了导波雷达液位计［4］。但在机组运行过程中，汽水分离再热系统原有导波雷达液位计导波杆的支撑件会破碎，支撑件碎片会进入到二回路系统中，形成异物，危及机组［5］。同时，导波杆内支撑件破碎后，因振动、冲击等因素会导致导波杆触碰到水位测量筒，使液位测量产生跳变，存在汽水分离再热系统二级隔离风险。受制于现场使用条件，汽水分离再热器二级疏水箱内充满饱和蒸汽。蒸汽是性气体，即蒸汽的介电常数会根据环境的压力、温度而改变。介电常数的变化会影响电磁波的传播速度。波速度公式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
由式( 1) 可见，当介质的介电常数变化，则波速度会随之变化。由于电磁波在不同介质中的传输速度不同，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中传输速度大，因此 汽 水 分 离 再 热 系 统 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二级疏水箱液位计选用的都是蒸汽型导波雷达液位计［7］。
经统计，在功率运行期间，汽水分离再热系统二级液位计共计出现缺陷 91 项。其中，导波雷达液位计漏汽缺陷共计 38 项，二级疏水箱液位计偏差大共计 46项，因仪表故障导致通道测量不可用共计 7 项。
根据现场液位计缺陷情况来看，目前汽水分离再热系统二级液位计主要存在以下故障。
①液位计探杆支撑杆破碎。经分析，原汽水分离再热系统二级液位计所用的高温型导波雷达液位计，其探杆支撑件采用聚醚醚酮( PEEK) ［8］高分子合成材料。在运行过程中，该支撑件会逐渐脆化，在系统冲击工况下破裂。处理方式: 在测量系统改进前，机组只能通过每次大修期间，对探杆进行定期更换。
②液位计探杆密封失效。液位计探杆内部密封件采用 PEEK 材料进行隔热，靠近连接部位采用 2 个 O型圈进行密封。O 型圈耐温范围为 150 ℃ 。因汽水分离再热系统二级疏水箱内部温度达 280 ℃ ，探杆隔热材料失效，进而使 O 型圈失效，探杆密封泄漏，测量闪发质量位。处理方式: 目前出现探杆密封失效后，无法进行更换。
③液位计冷热态工况，液位测量出现偏差。液位计大修冷态调试时，3 支液位计偏差小于 20 mm。但汽轮机冲转并网后，因系统温度上升，3 支液位计偏差会达到 100 mm。在机组运行时间长后，液位计偏差也会逐渐增加，导致偏差超过 100 mm。处理方式: 目前只能在热态后，对偏差大液位计进行修正。机组功率运行后，每周定期巡检方式，检查液位计偏差，并及时进行修正。
3 改进方案
3． 1 导波雷达液位计支撑件改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用PEEK 支撑件，同时也作为探杆隔热材料。PEEK 是芳香族结晶型热塑性高分子材料。PEEK 玻璃化转变温度为 143 ℃ ，其熔点为 334 ℃ 。这种材料耐抗有机和水环境，具有优良的化学性、热稳定性和抗氧化性。目前，应用汽水分离再热系统二级疏水箱实际运行温度为 280 ℃ ，仪表的设计温度为350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐温只有 250 ℃ ，因此运行时间过长会产生变形或碎裂。
为应对导波雷达液位计支撑件破碎及密封失效情况，此次支撑件设计采用 99． 7% 纯度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。该材料具有硬度大、耐磨性能好、质量轻等特点。其熔点在 2 000 ℃ 以上，具有良好的导热性、缘性以及透光性，介电常数为 9． 0 左右，适用于高温蒸汽型导波雷达液位计测量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力学特性如表 1 所示。
改进后探杆内部结构精密。蒸汽部分主元件采用氧化铝陶瓷，不会因为温度增高而变形、渗漏。密封元件采用耐高温的石墨密封 Graphite，是目前仪表产品在高温蒸汽方面的理想材料。其物理性能远远优于以前使用的 PF128、PEEK、铝矾土等材质，十分稳定。该结构整体密封结合紧密，可杜蒸汽进入。
3． 2 导波雷达液位计高温补偿改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用点补偿方式，补偿点到电磁波发射口距离为 125 mm。如果测量点以上或者测量点位置有凝露或者误差，会放大传导到下方实际液位测量。为了地说明上述结论，定义系数 K。
是一种常用的液位测量仪器，其具有高精度、高反应速度、广泛的应用场景等特点。本文将介绍导波雷达的应用场景，并从两个实际测量案例出发，说明导波雷达液位计的性。
导波雷达液位计的应用场景，导波雷达液位计由于具有高精度、反应速度快、性好等特点，因此其应用范围广泛。常见的液位测量应用场景如下:石化工业:如、反应釜、造纸机械等等;食品工业:如糖浆储存罐、烘烤炉、松饼罐等等;污行业:如污水池、沉淀池、调节池、反渗透设备等等;电力行业:如水库、大型油罐等等。
两个导波雷达液位计实际案例，个石化厂储罐液位测量，在这个案例中，一个石化厂需要对大型储罐的液位进行监测。考虑到储罐的大型、高度等因素，这里采用了导波雷达液位计进行液位测量。由于储罐液体性质较为复杂，如锂盐、溴化钾等腐蚀性物质，因此对测量仪器的性和精度提出了较高的要求。经过使用导波雷达液位计进行液位测量后，其反应速度和精度都得到了较好的保障，为厂家带来了较好的生产效益。第二个食品工业烘烤炉温度测量 在食品工业的烘烤炉中，需要测量炉膛的液位，以便控制烘烤温度和时间。传统的液位计在液位变化较大的情况下不准确，需要经常进行手工调整。为了提高测量的准确性和便捷性，这里应用了导波雷达液位计进行液位测量。因为导波雷达液位计具有反应速度快、高精度的特点，它提供了准确的液位读数和高水平的自动控制。
导波雷达液位计具有高精度、反应速度快、性好的优点，广泛适用于石化、食品、污水处理等各个领域的液位监测。本文从两个实际测量案例出发，说明了导波雷达液位计在不同行业的应用场景以及其性，为相关用户提供了参考和帮助。在实际应用中，需要注意不同场景和环境对导波雷达液位计的要求，并且根据实际情况进行存储、维护和保养，以维护其高精度、、的测量品质。
导波型雷达物位变送器发出的高频微波脉冲沿着探测组件（钢缆或钢棒）传播，遇到被测介质，由于介电常数突变，引起反射，一部分脉冲能量被反射回来。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。
多种过程连接方式及探测组件的形式，导波型雷达物位变送器适于各种复杂工况及应用场合。如:石油、化工、电力治金、等高温度高压力、强腐蚀的酸碱或粘稠的、混浊的含有杂质及小介电常数介质等。
技术创新与发展趋势
79-81GHz频段提升角分辨率至0.5°，MIMO技术实现三维成像（精度±1mm）。太赫兹雷达（300GHz）适用于纳米粉体测量。AI算法自动优化参数，调试时间缩短90%。数字孪生技术虚拟校准，寿命预测准确率>95%。5G IIoT版本支持毫秒级刷新与云协同控制。
雷达是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。
反射的脉冲信号沿缆绳传导到仪表电子线路部分，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由软件完成，距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比:D=C×T/2 其中C为光速因空罐的距离E已知，则物位L为:L=E-D
通过输入空罐高E（=零点），满罐高F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于4－20mA输出。
液体及固体测量，复杂过程条件。
参数: 工作频率:6.8GHZ
测量范围:缆式:0-30m；杆式、同轴式:0-6m
重复性:±3mm
分辨率:1mm
采样:回波采样55 次/s
响应速度:>0.2S（根据具体使用情况而定）
输出电流信号:4-20mA
精度:<0.1%
通讯接口: HART 通讯协议
过程连接: G1½A/G2A/1½NPT
法兰DN50，DN80，DN100，DN150
过程压力: -1-40bar
电源: 电源:24VDC(±10%),纹波电压:1Vpp 耗电量:max 22.5mA
环境条件: 温度-40℃～+80℃
防爆/防护等级: EXiaIICT6/IP68
两线制接线: 仪表供电和信号输出共用一根两芯屏蔽电缆线
电缆入口:2个M20×1.5(电缆直径5--9mm)
H----测量范围
L----空罐距离
B----顶部盲区
E----探头到罐壁的小距离
顶部盲区是指物料高料面与测量参考点之间的小距离。
底部盲区是指缆绳底部附近无法测量的一段距离。
顶部盲区和底部盲区之间是测量距离。
注意:
只有物料处于顶部盲区和底部盲区之间时，才能罐内物位的测量。
订货需知:
为了能好的为您提供服务，请您根据您的实际情况，参照选型指南（未尽事项，请来电咨询），慎重选择适合您具体需求的产品。当您了解您的需求和我们产品的基本属性后，可根据设计要求和现场情况正确选用仪表并按完整的产品规格代码定货。
按设计和使用要求未能选出适当的仪表时，请提出问题和要求，我们的人员将协助您选型或为您设计制造的产品，请提供下列资料:工作压力、工作温度、介质名称、对材料的要求等。
导波雷达液位计与其他雷达液位计相比，具有不同的工作原理，也有自己的优势和不足。用户尤其是采购人员了解这些信息，对于正确的选型重要。下面，就导波雷达液位计的原理和优缺点具体介绍如下。
一、导波雷达液位计的工作原理
导波雷达液位计的工作原理是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。
而普通雷达液位计的工作原理是****—反射—接收。具体说来就是，雷达传感器的天线以波束的形式****电磁波信号，****波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。****及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。
计为Rada-21高频脉冲雷达液位计
二、导波雷达液位计的优缺点
1、导波雷达液位计的不足
（1）不适合用于测量腐蚀性和粘附性液体，也不适合用于食品等级要求较高的场合
从两种雷达液位计的不同工作原理，可知雷达液位计是非接触式测量，导波雷达液位计为接触式测量。所以，需要考虑介质的腐蚀性和粘附性，在食品等级要求较高的场合，也一般不用导波雷达液位计。
（2）导波雷达液位计的安装和维护不便
导波雷达液位计在测量时，过长的导波杆（缆）为安装和维护增加了不少困难。而且相比能够互换使用的普通雷达液位计，导波雷达液位计的导波杆（缆）的长度根据工况固定，一般不能互换使用。所以，一般来说，导波雷达液位计要比普通雷达液位计的选型和维护要繁琐的多。
（3）导波雷达液位计的测量距离受限
导波雷达液位计的测量距离不会很长，而普通雷达液位计在30~40m的罐体上应用比较常见，甚至可测到60m。
2、导波雷达液位计的优势:
（1）对波动较大介质的测量更稳定
在罐内有搅拌，介质波动较大的工况下，用底部固定的导波雷达液位计比普通雷达液位计更为稳定，优势也更为明显。
（2）更适于对小罐体内物料的测量
在测量小罐体内的物位时，由于安装测量空间小（或罐内干扰物较多），一般普通雷达的液位计不适用，而导波雷达液位计则不受限。
（3）导波雷达液位计不受介电常数高低的限制
普通雷达液位计和导波雷达液位计的测量原理都是基于介质介电常数的差别进行测量的，由于普通雷达液位计****的波是发散的，当介质介电常数过低时，信号太弱测量就会不稳定，而导波雷达液位计****的波是沿导波杆传播的，信号相对稳定。
此外，导波雷达液位计一般还有底部探测功能，可以根据底部回波信号的测量值加以修正，使信号更为稳定准确。
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欣 生MT5000导波管雷达液位变送器 导波雷达物位计0.6~61米 0.075%4~20mA（mA） DC24V
MT5000导波管雷达液位变送器
概述
MT5000导波管雷达液位变送器采用的雷达技术，雷达信号沿着导波管传输，可消除虚假回波，减少信号损失，仪表具有不受大气情况和介质密度变化的影响，测量高，测量范围大，多种过程连接方式，安装使用方便等特点。仪表输出4~20mA标准电流信号，可选HART协议或Honeywell DE协议进行通讯。
主要技术参数
测量范围:0.6~30.5m；0.6~61m
度:&plun;5mm
分 辨 率:&plun;1.6mm
显示单位:在现场可选择毫米mm、厘米cm、米m或%等工程单位
工作电源:13.5-36VDC，两线制
介质介电常数:单杆:小1.3min.
双杆:小1.7min.
介质粘度:1500cp
材质:壳体:铸铝
传感器:316L 316L SS,
过程连接:单杆式、单缆式:DN25，PN4.0
双杆式、双缆式:DN50，PN4.0
旁通管型:DN25，PN4.0 法兰标准HG20592-77，凸面法兰，其它法兰标准 如、HGJ、GB、ANSI等可注明。
高温型:DN65，PN4.0
护管型:DN50，PN4.0
卫生型:卫生快装卡箍DN50
认 :FM，CSA，CENELEC
隔爆型:ExdII6
本安型:ExiaIIBT6
护等级:IP67
探杆的测量盲区
型号规格
外形和安装尺寸
现场情况:介质:液化氨气，量程:10m，法兰:DN100，现场有磁翻板液位计现场显示。
分析:液化氨气属于易燃易爆介质，有毒，带腐蚀性，通常采用球形罐存储，压力约2.5Mpa，常温，介电常数小（1.6-1.9），一般带有导波测量管。
选型:导波雷达液位计，防爆，高压，标准DN100法兰
GDLD601-I41AMYNWL=10m
现场问题及原因分析:
问题1、现场磁翻板液位计与导波雷达物位计显示存在固定偏差40cm。
原因:如图:磁翻板液位计零点与导波雷达物位计零点不在同一个水平面，相差0.4m，选型时量程提供错误，应该选择10.4m。
解决:由于现场已生产，带压容器，不能将导波雷达物位计拆卸更改缆绳长度，只能将导波雷达
量程参数改为10.4m。更改后与磁翻板液位计除液位0.4m以下外显示一致。存在问题，容器内液氨液位降至0.4m以下后，导波雷达依然显示0.4m，不能归0。与使用厂家协商，可以接受。
问题2、现场仪表经常出现损坏现象。
原因:经检查，此罐为高压容器罐，压力约为2.5Mpa，由于导波雷达物位计的旁的其他仪表存在轻微渗露，导波雷达进线口没有拧紧，导致部分氨气进入电路板仓，腐蚀接线端子，致使仪表工作不正常。
解决:从新密封雷达旁边泄露仪表，拧紧导波雷达电气接口。
回声曲线图
结论:由于测量液化氨气存在高压、腐蚀、有毒、挥发、介电常数小等工况，但只要我们选型正确，由回声曲线图可知，可以满足现场高精度、测量的需求，而且通过应用该仪表，有效地降低了职工劳动强度，消除了事故隐患，为地面系统的平稳控制提供准确依据和数据。